Cześć,
do napisania dzisiejszego wpisu zostałem zmotywowany przez moją Małżonkę, która uważa, że potrafię w prosty sposób wytłumaczyć jak działają niektóre rzeczy. Może i Wam mój sposób opowiadania o różnych urządzeniach nas otaczających się spodoba. :)
Serdecznie zapraszam do pilota serii, w którym opiszę w krótkich słowach jak działa...klimatyzacja.

Lato, lato ciepłe lato

Chociaż lato już powoli żegna się z nami i temat klimatyzacji powoli przestaje być na topie, postanowiłem opowiedzieć Wam jak to się dzieje, że powstaje zimno. Sama zasada działania wykorzystywana jest zarówno w klimatyzatorach jak i lodówkach czy pompach ciepła. Wszystkie te urządzenia działają, wykorzystując te same prawa fizyki.

Nie bójcie się! Nie będę Was zasypywał nie wiadomo jak wielką ilością książkowej wiedzy :) Obiecuję, że nie będę pisał nic o wzorach ani podpierał się regułkami z podręczników. Podejdźmy do tego po ludzku. :)

Z ogrzewaniem jest łatwiej

Zdecydowanie. Zdecydowanie ogrzać coś jest łatwiej niż to schłodzić. Dlaczego? Ciepło można wytworzyć bardzo łatwo z energii elektrycznej. Wystarczy przepuścić odpowiednią ilość prądu przez przewodnik o jakiejś rezystancji. Prąd płynąc w obwodzie spowoduje, że wydzieli się ciepło. Zamiana jednej energii na drugą zachodzi praktycznie ze 100% sprawnością, gdyż wszystkie straty powstające przy przepływie prądu to ciepło.

Jak natomiast podejść do chłodzenia? Czy istnieje możliwość wytworzenia chłodu przez płynący prąd? Tak. Jest taka możliwość. Wykorzystywane jest to w ogniwie Peltiera, gdzie na styku dwóch różnych przewodników, płynący prąd powoduje powstanie różnicy temperatur. Jeden z nich się nagrzewa, natomiast drugi ochładza.
Ogniwa Peltiera wykorzystywane są np. w lodówkach samochodowych bądź w chłodzeniu procesorów komputerów. Jednak ze względu na małą sprawność nie są używane w klimatyzatorach. Tutaj bowiem korzystamy z innych zjawisk fizycznych.

Transport energii

Główna idea, która została wykorzystana w klimatyzatorach (ale też w lodówkach) to nie wytwarzanie chłodu, a odprowadzenie nadmiaru ciepła z przestrzeni, która ma być ochłodzona. Dzieje się to w ten sposób, że w układzie chłodzącym nasz dom czy biuro mamy najczęściej dwa urządzenia. Jednostkę, która jest w środku (to to co tak szumi i dmucha zimnym powietrzem) i drugą, będącą na zewnątrz, o której często nie mamy pojęcia. Obie jednostki połączone są ze sobą rurami, w których umieszczony jest gaz. (najczęściej freon) Gaz ten kursuje pomiędzy dwoma urządzeniami będąc nośnikiem energii cieplnej. (tak, cieplnej!) W monecie gdy znajduje się on w jednostce zewnętrznej (wymienniku) zostaje on tam sprężony do odpowiednio dużego ciśnienia. Gaz, który jest ściskany przez kompresor oddaje energię w sobie zgromadzoną w postaci ciepła.

Doświadczalnie można to zaobserwować gdy chcemy szybko napompować ręczną pompką koło od roweru. Miejsce gdzie tłok pompki spręża powietrze bardzo szybko się nagrzewa.

Sprężony gaz w wymienniku ciepła zostaje ochłodzony przez wentylatory a następnie zostaje przetłoczony do odbiornika, który jest zainstalowany w pomieszczeniu. Rury, którymi dostarczane jest medium są dobrze zaizolowane, dlatego też sprężony gaz nie nagrzewa się po drodze. Po dotarciu do celu swojej wędrówki, zostaje rozprężony. Tutaj znowu działają zasady fizyki, które mówią, ze rozprężany gaz chce wrócić do równowagi energetycznej, dlatego też pobiera energię (ciepło) z otoczenia w takiej ilości jaką oddał przy sprężaniu. Wentylator zamontowany nad miejscem gdzie gaz się rozpręża, przetłacza przez nie powietrze, dzięki czemu się ono ochładza. Dużo zimniejsze, trafia do pomieszczenia wiejąc wprost na karki osobom tam przesiadującym. :)
Dalej, po zagrzaniu się gaz wraca do sprężarki gdzie przy kolejnej przemianie znów oddaje ciepło zabrane z pomieszczenia. Cykl powtarza się w nieskończoność.

Podsumowanie

Jak tutaj jest ze sprawnością? Zdecydowanie lepiej niż w przypadku ogniw Peltiera. Spróbujmy sobie to uzmysłowić podając kilka danych liczbowych dla urządzenia jakim jest pompa ciepła, działająca na tej samej zasadzie jednak dostarczająca ciepło do domu. Łatwiej porównać nam będzie ciepło wyrażone w kW niż zimno:)

Załóżmy, że nasz dom potrzebuje 20kW energii cieplnej. Gdybyśmy używali grzejnika elektrycznego, tyle też energii musielibyśmy pobrać z sieci energetycznej. Gdy jednak decydujemy się na pozyskanie tej energii z gruntu, matematyka wygląda następująco:

• 5kW to energia pobrana z sieci na zasilanie pomby cieplnej
• 0,5kW to traty związane z przesyłem
• 16,5kW to energia pobrana z wymiennika gruntowego, który zaś odebrał ją z ziemi.

Jak widzicie rachunek ekonomiczny jest bardzo korzystny. Analogicznie sytuacja wygląda przy chłodzeniu:)

Jeśli jest jakieś urządzenie, którego zasada działania jest Ci obca, a opisy w internecie niewiele Ci mówią – daj znać w komentarzu :) Rozkminimy to razem!

Kolejne wpisy z tej serii (o ile Wam się spodobają) zahaczą między innymi o temat maszyn elektrycznych. Już teraz zapraszam :)